NiAl基复合材料的研究进展

为了提高NiAl合金强度，改善NiAl合金塑性，在制备NiAl复合材料时，用不同的制备方法在NiAl合金中加入增强剂，如陶瓷或金属颗粒、晶须、短纤维和长纤维等制成复合材料，以不同的增强剂为基础总结了NiAl基复合材料研究在制备、结构、性能及机理等方面的最新进展。     

铝热法合成NiAl／Al2O3复合材料

以铝粉和NiO粉为原料,采用铝热法合成了NiAl/Al2O3复合材料.通过X射线衍射分析仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)并结合差示扫描量热仪(DSC)对其相组成、微结构和反应过程进行了分析.实验结果表明:850℃Al/NiO体系铝热反应被点燃,并自蔓延发生于整个反应系统;950℃保温40min,Al/NiO体系铝热反应生成相互交织网状结构的NiAl/Al2O3复合材料.     

NiAl(Co)金属间化合物纳米晶块体材料的制备及其性能

采用机械合金化方法获得NiAl(Co)纳米晶粉末,经过热压,成功地制备出NiAl(Co)块体纳米晶材料·其晶粒尺寸约在300～480nm,致密度可达到91%以上,室温压缩屈服强度达到1250～1400MPa,是铸态NiAl合金的31～35倍,室温塑性良好,有大约13%的压缩塑性·其中Ni50Al40Co10纳米晶块体材料压缩率可达30%,而无裂纹产生;Ni50Al45Co5,在980℃高温压缩至195%无裂纹产生,变形均匀·还发现含γ′相的NiAl(Co)的双相纳米晶块体材料压缩性能优于单相NiAl(Co)纳米晶块体材料     

用符合正电子湮没技术研究Zr、Nb对NiAl合金的d电子影响

采用双探头符合技术测量Ni、Al、Zr、Nb、NiAl及Ni50Al48Zr2、Ni50Al48Nb2样品的正电子湮没辐射的多普勒展宽谱.从谱线提取正电子与样品中d电子湮没的信息,发现正电子与NiAl样品的d电子湮没信号因Ni3d-Al 3p电子杂化而相对降低,Zr、Nb的添加导致合金样品中d-d电子作用增强、谱线d电子信号增大,添加Nb的样品谱线峰高于添加Zr样品,说明Nb的加入比Zr抑制d-p电子作用效果更佳.     

掺硼Ni_3Al-Fe合金中的马氏体转变

利用透射电子显微技术测定了掺硼加铁Ni_3Al合金中NiAl(β相)与Ni_3Al(γ′相)之间的取向关系,NiAl马氏体的晶体结构。分析了马氏体亚结构,其中孪晶马氏体的孪生关系为{111}〈112〉_(fct)或{101}〈101〉_(bct);另一类亚结构出现0(1/2)(1/2)超反射,说明加铁NiAl金属间化合物在淬火过程中所形成的马氏体可以进一步有序化。     

不同温度时效对GH220合金渗Al层的影响

研究了时效温度及时间对渗Al层组织的影响。结果表明,时效渗Al层主要由外、内两层组成,外层包括Al_2O_3膜区,β—NiAl区及贫化区;内层为富C区及针状相区。重点讨论了渗Al层蜕化机制及针状相形成原因。     

RELATIONSHIP OF STRUCTURAL STABILITY AND LONG-RANGE-ORDER PARAMETER FOR STOICHIOMETRY NiAI

The relationship between the structural stability and the long-range-order parameter of stoichiometry NiAl has been studied using effective atom model based on the embedded-atom-method(EAM) potential. The results obtained from the computation show that NiAl lacks a metastable disordered structure intrinsically, and has the stable ordered B2 phase,which are consistent with experimental results.     

难熔元素合金化NiAl合金的第一性原理计算

基于密度泛函理论,研究了合金元素Zr、Hf、Nb、Ta对NiAl合金的电子结构、力学性能和热学性能的影响,分析了合金相的晶胞参数、态密度、韧脆性以及焓、自由能、熵、德拜温度和热容。研究表明:Zr、Hf、Nb和Ta在晶胞结构中都倾向于取代Al位点,合金化后晶胞的晶格参数和晶胞体积均增加到不同程度。态密度图显示0～20 eV能量范围内,态密度分布均较为平均,没有局域的态密度(density of states, DOS)尖峰,-10～0 eV能量区间内态密度均出现最强峰。由柯西压力值判断,Zr、Hf、Nb、Ta的加入均使柯西压力值增大,且合金相模量比(ratio of shear modulus to bulk modulus,G/B)的值均小于0.57,合金相表现出相对韧性。在0～1 700 K温度范围内,合金相的焓、熵均随温度的升高而增大,当温度高于400 K时,合金相的德拜温度均趋于420 K;随着温度的升高,合金相的热容值均趋近于杜隆-珀蒂极限值,表明合金化后结构体现出良好的热力学性能。     

电解法制备纳米NiAl2O4粉体

讨论了温度、(Bu4N)Br浓度对电合成镍、铝醇盐配合物的影响,以金属阳极溶解法在乙醇和乙酰丙酮混合溶液中(按Ni与Al电量比为1∶3)依次电解铝片、镍片,制得复合氧化物纳米粉体NiO-Al2O3的前驱体NiAl2(OCH2CH3)(8-y)(acac)y[acac为乙酰丙酮基].将含有前驱体的电解液控制pH=8.5直接水解形成凝胶,凝胶经洗涤,干燥后在350°C煅烧2h,制得纳米NiAl2O4粉体.采用红外、差热-热重分析、X-射线衍射、电子透射技术等手段对前驱体和纳米NiAl2O4进行了表征.实验表明温度控制在54～60°C,导电盐Bu4NBr浓度为0.040～0.045mol/L较为适合;电解法可以在350°C下制备得到纳米NiAl2O4粉体,平均粒径在20～30nm.     

微量B对NiAl的显微组织和性能的影响

为了揭示微量B对NiAl的显微组织和性能的影响,利用非自耗电弧炉熔炼了四种不同B含量(0.005,0.02,0.05,0.15,质量分数,%)的NiAl-B合金.NiAl-B合金的铸态组织均由单相NiAl组成,且随着B含量的增加,晶粒横向尺寸由约200μm减小到约50μm.B改善了NiAl合金的室温压缩塑性,四种合金的室温压缩塑性均达到6%左右.合金的硬度和压缩屈服强度随着B含量的增加而升高,其中,压缩屈服强度由纯二元NiAl的249 MPa升高到B含量为0.15%时的491MPa.合金强度和硬度的升高起因于B的固溶强化和晶粒细化.     

Heusler合金Mn2NiAl的电子结构、 磁性质及四方变形的第一性原理

利用基于密度泛函理论的第一性原理, 计算Mn₂NiAl的晶体结构、 四方变形、 磁性、 电子结构和压力响应. 计算结果表明: Mn2NiAl在立方奥氏体相的平衡结构为铁磁态MnMnNiAl型结构, 其中Mn原子占据A和B不等价晶位; 在由立方结构向四方结构的变形中, 在c/a≈1.24处存在一个稳定的马氏体相; 在奥氏体相和马氏体相下, Mn原子对Mn2NiAl总磁矩的贡献最大,  Mn(A)和Mn(B)原子磁矩的值不等并呈反平行耦合, 且Mn(A)-d和Mn(B)-d的投影态密度在费米面附近交叠均较少,     

NiAl金属间化合物的缺陷强化

研究了ＮｉＡｌ金属间化合物由化学成分偏离化学计量成分所造成的缺陷强化，并与其他Ｂ２型金属间化合物的结果进行了比较．结果表明：ＮｉＡｌ化合物的缺陷强化不能单纯用传统的稀薄合金固溶强化理论来解释．对Ｂ２型结构稳定的二元系合金来说，化学成分偏离量越少，产生的缺陷强度越大．说明ＮｉＡｌ化合物中由于化学成分偏离化学计量成分所造成的缺陷不是均匀分布的，而是在一定的原子尺寸范围内形成了短程或长程有序的规则排列．这可能是比溶质原子均匀排列时产生附加强化效应的原因．     

Enhanced compression ductility of stoichiometric NiAl at room temperature by Y and Cu co-addition

The combined effects of (Y, Cu) on the microstructure and room-temperature mechanical properties of the NiAl intermetallic compound under uniaxial compression stress were investigated. It is found that the co-addition of Y and Cu enlarges the difference between the intergranular yield strength and the intragranular yield strength of NiAl grains. Hence, for the resultant NiAl-(Y,Cu) alloy, a mechanically hierarchical structure forms. This is beneficial to improve the room-temperature mechanical response of NiAl alloys; as a result, the resultant alloy with 0.56at% (Y, Cu) exhibits a remarkably enhanced compression plasticity of about 11.2%.     

当量成分AB和A_3B型合金有序─无序转变行为

利用EAM（EmbeddedAtomMethod）势基础上的等效原子模型分析了结构稳定性与长程有序度的关系，给出了二元体系结合能与长程有序度解析关系的一般表达式，说明当量成分下AB和A3B型合金有序无序转变行为的不同，并以NiAl和Ni3Al为研究对象具体研究了其有序无序转变，从理论上解释了这两种有序金属间化合物在实验中所表现出的不同有序无序转变行为特征．     

TiAl合金形成热模拟研究

调整了MAEAM模型中的电子密度参数比,并以相图为基础考虑每个成分比的相结构,应用改进分析型嵌人原子方法(MAEAM)计算了TiAI合金形成热.计算结果与Miedema理论结果进行了比较,二者的变化趋势一致.为了说明计算方法的可靠性,用同样的方法计算了NiAl合金和FeAl合金形成热.模拟结果与实验结果和第一性原理计算...     

NiAl晶体中点缺陷浓度的模拟计算

利用嵌入原子法（ＥＡＭ）势函数,采用分子静态弛豫方法得到了ＮｉＡｌ合金中Ａｌ空位、Ｎｉ空位、Ａｌ反位置缺陷和Ｎｉ反位置缺陷的形成能．通过平衡方程的建立及求解得到了各种点缺陷浓度随温度与组分的变化规律．研究结果表明,在ＮｉＡｌ合金中,当偏离化学计量比时,均存在“组分缺陷”．“组分缺陷”浓度基本不随温度变化,约在１０－２～１０－１数量级,而由原子热振动引入的“热缺陷”浓度随温度变化明显．ＮｉＡｌ合金的屈服强度和扩散系数随化学成分的变化,主要与不同化学成分合金的“组分缺陷”种类及浓度有关．     

Wear properties of NiAl based materials

The NiAl based materials including NiAl-TiC-Al2O3 composite,NiAl-Cr(Mo)-Hf-Ho eutectic alloy and NiAl-Cr(Mo)-CrxSy in situ composite were fabricated and their wear properties were tested at different temperatures.The results revealed that the NiAl-TiC-Al2O3 composite,NiAl-Cr(Mo)-Hf-Ho eutectic alloy and NiAl-Cr(Mo)-CrxSy in situ composite exhibited the excellent wear properties between 700℃ and 900℃.The microstructure observations exhibited that the self-lubricant films formed on the worn surfaces during the dry sliding test at high temperature,which decreased the wear rate and friction coefficient significantly.TEM observation on the self-lubricant film revealed that it was mainly comprised by ceramic amorphous and nanocrystalline.Compared with the NiAl-TiC-Al2O3 composite,the NiAl-Cr(Mo)-CrxSy in situ composite has lower friction coefficient at low temperature.Such phenomena may be ascribed to the addition of sulfide which contributes much to the formation of self-lubricant,and moreover the TiC addition increase the strength of NiAl based material and its wear resistance.     

NiAl合金(B_2结构)的偏析现象

采用ＬＭＴＯ ＣＰＡ方法,计算了ＮｉＡｌ合金(Ｂ２结构)在成分无序情况下的热力学性质,并讨论了ＮｉＡｌ合金的偏析现象·理论结果表明,当Ｎｉ的成分小于３５％(原子分数)时,则ＮｉＡｌ合金表面出现Ａｌ的偏析现象,当Ｎｉ的成分大于３５％(原子分数)时,则出现Ｎｉ的偏析现象·     

Suppressing the formation of SRZ in a Ni-based single crystal superalloy by RuNiAl diffusion barrier

NiAl-based bond coats applied in thermal barrier coating (TBC) systems containing Ru and Pt have been studied in recent years. Interdiffusion between the coatings and the underlying superalloy substrates usually results in degradation of the mechanical properties of the substrates. In this paper, a NiAl/Ru coating was deposited onto a single crystal superalloy DD6 by electroplating and electron beam physical vapor deposition (EB-PVD). Interdiffusion behavior of the NiAl/Ru and NiAl coated specimens at 1100 1 C was comparatively investigated. For the NiAl coated specimen, after 100 h vacuum annealing, beneath the coating there was a 50 mm thickness secondary reaction zone (SRZ) with some needle-like topologically closed pack ed (TCP) phases. However no SRZ was observed in the NiAl/Ru coated specimen. This may be attributed to the RuNiAl that acted as a diffusion barrier to prevent the inward diffusion of Al from the coating and the outward diffusion of refractory elements from the substrate, and hence suppressing the formation of TCP phases and SRZ in the superalloy.